Velocity: An Autonomous, Open Source Platform for Derivatives

Velocity: An Autonomous, Open Source Platform for Derivatives    Vignesh Sundaresan  Daniel Cawrey    Abstract    Velocity is an automated system for...
Author: David Roberts
0 downloads 0 Views 653KB Size
Velocity: An Autonomous, Open Source Platform for Derivatives    Vignesh Sundaresan  Daniel Cawrey 

  Abstract    Velocity is an automated system for hedging risk on asset prices. It allows anyone to establish  and participate in a marketplace on publicly accessible price feeds. The platform enables  hedgers and speculators to take part in a market that reduces the threat of systemic risk. 

  Introduction    This paper proposes a method for automating derivatives contracts.  Velocity is a distributed autonomous derivatives marketplace. It allows people to hedge or gain  exposure to movements on an underlying asset. An underlying asset can be the price of a  cryptocurrency such as bitcoin or any other cryptographically­backed asset. In Velocity, all  derivatives contracts are cash settled. Velocity allows users to hold leveraged positions on any  given price feed in the distributed finance world.   Margin trading has long been centralized due to the complexity in managing risks of positions.  Clearinghouses, brokers and other third parties are required for holding derivatives positions.  Velocity removes the need for these third parties. It uses smart contract technology to enable  automated derivatives. The smart contract functions as escrow between buyers and sellers as  an autonomous clearinghouse. 

Concept    Velocity enables participants to hold leveraged positions on the movements of a price feed.  Customers can buy and hold collar options contracts which are issued and settled  autonomously. Collar options are an options contract with a cap on its maximum payout.  Capping payouts allows the system to remain solvent and fully capitalized at all times.   Market makers can create new markets on different price feeds or leverages and time to expiry  for offering liquidity to the system. These market makers, also known as liquidity providers, earn  a fee. They generate revenue helping the system function efficiently. They also absorb risk  inverse to the payout quoted to buyers in the system. 

System Design   

Velocity consists of multiple smart contracts. An overview of the structure:       

  Smart Contracts    The purpose of a smart contract is to enforce performance of an agreed­upon set of negotiated  standards. Smart contracts remove need for trusted intermediaries [1]. This paradigm replaces  intermediaries with pre­defined logical parameters.     Life Cycle of an Option Contract    Options are contracts through which a seller gives a buyer the right, but not the obligation, to  buy or sell a specified number of shares at a predetermined price within a set time period [2]. All  options issued by Velocity are cash settled and capped to a maximum payout as agreed in the  contract.      

  Note: Contracts like market, offer, order etc. are replicating contracts.  

  Participants    Option buyers    Buyers pay a fixed amount quoted as a premium to buy a contract in Velocity. The customer  then holds the right to exercise the contract at any given point up until its expiration date. On  that date, the option contract is automatically exercised. The amount according to the payout  function defined in the contract is paid to the buyer.    Market makers    Market makers help keep Velocity risk neutral and provide system liquidity. Entrance to market  making is as frictionless as possible. Options sold to buyers are provided by a market maker. In  order to furnish liquidity, market makers hold assets that are collateralized equal to option  contracts sold.    Developers   

Developers utilize the Velocity API in order to facilitate transactions. They also could deploy  unused capital towards market making incentivization. This may be to assist either buyers or  market makers. By programmatically issuing API calls, stakeholders in Velocity have an  opportunity to build more complex products that utilize option puts or calls.      

Units of Account and Payment Currencies    Units of Account    Any price feed in Velocity is structured as A versus B. An example could be BTC versus USD. In  this case, the price quoted is in USD and the market creator should use USD as the unit of  account.   Velocity also provides data oracles [3] to quote prices in a different unit of account. For  example, for a BTC vs. USD price feed, ETH can be used as the unit of account for this oracle.  The price of USD vs. ETH is required, which can be provided by Velocity.  Payment Currency    A payment currency can be any token issued on the Ethereum [4] blockchain that Velocity can  receive and hold in its smart contracts. Using the same unit of account and payment currency  enables buyers and sellers to easily understand the payoff functions and also reduces  accounting complications.  This payment currency must be one that can be held inside an Ethereum smart contract.  Market creators decide to choose an appropriate payment currency when a market gets  created. The simplest payment currency that can be used is ETH (ether).  Any token issued on Ethereum can be used as a payment currency. However, Velocity has no  control over the solvency and stability of external tokens. Market creators and participants must  understand risks of such tokens before using them in Velocity.   An options contract is an agreement between the buyer of the contract and the seller of the  contract. The seller of the contract contributes half of the collateral to the contract. The buyer  contributes the other half of the collateral plus a small additional premium for the opportunity to  buy the contract.  The contract redistributes one unit of collateral for one unit of movement in the  underlying asset. The buyer can choose to execute the payout function anytime between  creation and expiry of the contract. 

Revenues    Fees 

  Velocity charges a fee once every transaction. This helps cover operational and liquidity costs.  As a decentralized autonomous organization, Velocity will profit from these fees. This will then  be passed on to stakeholders.    Operational costs of Velocity include:  1. Cost of gas paid to the ethereum network  2. Cost to obtain real­time data     Velocity earns a trade fee on every option contract sold and earns a part of the fee charged by  the liquidity provider.     Revenue sharing with liquidity providers    Liquidity providers help make Velocity efficient. For this, liquidity providers earn 70% of  revenues that they help create.    1. Trade fee ­ 70% liquidity provider, 30% Velocity  2. Premium ­ 70% liquidity provider, 30% Velocity     

Market Forces    Market creators using Velocity can decide to create a market with unique price feeds and time  ranges. These market creators can create a market with low friction.   The difficult part is liquidity. Participation in markets are usually judged by maximum benefit.  This kind of market­based selection enables competition and appropriate market discovery.  Participants will be encouraged to take part in highly liquid markets because they are already  efficient. 

Governance    There are components of Velocity that require governance. This governance includes  continuous development, setting decision variables and methods for handling collateral. As  stakeholders increase, decisions will need to be made. For these decisions, a consensus  mechanism will be necessary.   Velocity intends to create an entity that takes on the decision making process for protocol  specification. Voting will be given to active critical stakeholders.    

  Timeline    The rollout of Velocity would be phased:    Phase 1 Starting Q3 2016 Alpha:​ Whitepaper and proof of concept release  Phase 2 Starting Q4 2016 Beta: ​Token presale and beta launch  Phase 3 Starting Q2 2017 Production​: Formal release   

Velocity API    The system will incorporate an application programming interface. This will enable market  makers, buyers and third parties enhanced access to Velocity. It will enable participants the  ability to gain exposure and hedge risk in a variety of ways.     Naming conventions  Currency  Asset  Market     Example API calls    Adding or removing a market:    ­ADDMARKET (price feed, name, time to expiry, price range, unit of account, payment  currency) ­   ­REMOVEMARKET( marketID )  Each Market    Offering liquidity:    ­OFFERLIQUIDITY ( type, premium, quantity, ITNURL)    Withdrawing liquidity:    ­WITHDRAWLIQUIDITY ( offerID )    Order an options contract:    ­GETOPTIONQUOTE( type )  ­BUYOPTION ( type ) 

  Exercising an options contract: 

  ­EXERCISEOPTION( optionID )  Meta Market  ­SELLOPTION( type, strike, price equation )  ­BUYOPTION( offerID )    Real time data    Price feed­based markets rely on the authenticity of data available in real­time. Price feed  manipulation could cause huge financial losses and could lead to loss in confidence of the  system. Technology like oracles provide a way to receive provably honest data inside a smart  contract. The integrity of receiving real­time data is incredibly important within Velocity.    1. Manipulation of data  2. Unreachable price feed    

Capping Payouts With Collar Options    Derivative markets offer multiple options with varying expiration times and strikes. The first type  of option available on Velocity are ​collar options.     The philosophy behind deep in the money options is to reduce exposure to volatility. Deep in the  money is an option with an exercise price, or strike price, significantly below or above the  market price of the underlying asset. Options deep in the money tend to have delta near 1. This  lend themselves to less complex hedge strategies.      

    Collared payout functions execute when the maximum payout is capped to a pre­agreed value.  This means the holder of the option cannot be exposed to risk of catastrophic losses.       Function 

Traditional derivative  markets 

Velocity, Decentralized  market 

Trade execution 

Exchange, Broker 

Smart contract 

Margin maintenance 

Broker, Clearinghouse 

Smart contract 

Trade Settlement 

Clearinghouse 

Smart contract 

    Derivative contracts are a special type of financial instrument. Price is derived from the  performance of an underlying asset. Derivatives include futures contracts, options contracts,  swaps, insurance and more. Velocity allows users to work with a type of options contract called  American style collar options.     American style collar options     A collar call option pays out $1 for every $1 increase in the underlying asset. This is up to a  pre­agreed cap. The payout stays constant above or below the price threshold.     This kind of payout capping helps Velocity stay immune to systemic risks and black swan events  [5]. Every option smart contract created in Velocity holds 100% of funds required to settle  according to the pre­agreed payoff function.  

  In the same way, a collar put option pays out $1 for every $1 decrease in the underlying asset  up to a pre­agreed cap. The payout stays constant above or below the price threshold.   

 

 

 

 

  Participants who want to hold a long position on an underlying asset can buy a collar call option  or sell a collared put option. The participants who want to hold a short position on the underlying  asset can buy a collared put option or sell a collared call option.    Participant’s position   

Buyer 

Seller 

Call 

Long on the underlying 

Short on the underlying 

Put 

Short on the underlying 

Long on the underlying 

    Every options contract brings together two parties. The buyer of the options contract and the  seller of the options contract. These two parties hold opposite opinions about the future  performance of the underlying asset.  

  Exercising an option    Exercising an option executes the payout function. The purchaser of an option has the right to  exercise any time between its creation and before its expiration. At expiry, the option will be  automatically exercised. The seller of the option on does not hold the right to exercise the  option. The seller puts up collateral for the contract and his collateral is held by the contract until  the option is exercised.     Terms     t0 ­ Time when the option contract is created.     t ­ Any time between the creation of the option contract the time when the option contract is  exercised.     T ­ Time when the option contract is exercised.    Creating a market    A market needs to exist before option contracts can be sold or bought. Velocity is not a single  market, but a platform encompassing several markets. A market can be created by any user of  Velocity by defining initial parameters. These initial parameters define pay out functions for  buyers and sellers. It also defines underlying assets to track.    Different types of variables    Type of variable 

       

Defined by 

Description 

Initial market parameters 

Creator of the market 

It remains constant for the  lifetime of the market. 

Contract variables 

Contract 

Defined at the time when the  contract is created. The  formula for variable is defined  when the market gets  created. 

External variables 

Market forces 

Variables over which Velocity  has no control. 

    Variable 

Abbreviation 

Type 

Description 

Example 

Pricefeed  URL 

­ 

Initial market  parameter 

Publicly accessible  HTTP JSON API +  JSON Function to get a  discrete value. 

json(‘​https://w ww.bitstamp. net/api/ticker/  ’).last 

Time to expiry  T 

Initial market  parameter 

Time until when the  contract is  automatically  exercised.   

7 days 

Payoff range 



Initial market  parameter 

Value range to play  with. 

100 USD. 

Initial  underlying  price 

K, S​t0 

Contract variable 

Price of the underlying  asset when the option  contract was created. 

418 USD 

Lower payout  cutoff price 

K​1 

Contract variable 

K​1​ = K ­ (R/2)  368 USD    Price of underlying  below which the payout  is flat. 

Upper payout  cutoff price 

K​2 

Contract variable 

K​2​ = K + (R/2)    Price of underlying  above which the  payout is flat. 

468 USD 

Collateral  



Initial market  parameter 

C = R/2    The collateral that the  seller of the contract is  required to hold. 

50 USD 

External variable 

Price paid by the taker  to get into the contract. 

51.5 USD 

Contract price  P 

Effective  premium 



External variable 

E = P ­ (R/2)    The premium paid by  the taker. 

1.5 USD 

Underlying  price at  exercise 

S​T 

External variable 

Price of the underlying  asset when the option  contract is exercised. 

440 USD 

    The K (midpoint of the payoff range K​1​ and K​2​) for an option contract is always set to the current  price of the underlying asset obtained from the price feed at the time of the creation of the  contract. The seller puts up one half of the price range and the buyer puts up one half of the  price range. The amounts are then redistributed to the buyer and seller when the option is  exercised according to the payout function.    Payoff matrix     

Scenario 

Buyer  receives 

Seller  receives 

Maker  receives 

Velocity  receives 

Collar Call 

S​T ​ K​1 

(S​T  ​­ K)  

K ­ S​T 

E * 0.7 

E * 0.3 

S​T ​= K​2 





E * 0.7 

E * 0.3 

S​T ​ K​1 

K ­ S​T  

S​T  ​­ K 

E * 0.7 

E * 0.3 

S​T ​= K​2 





E * 0.7 

E * 0.3 

Collar put 

    Market dynamics     The success of a market depends on its ability to attract sellers and buyers to take part. Market  forces would decide which parameters make the most sense. The most efficient markets would  be the most liquid markets. As a consequence, they would also be the cheapest for takers to  participate.     The tighter the payoff range is the more the difficulty hedging becomes for makers. Market  creators have to keep in mind that the makers need a easy way to hedge away their risks. A  tight payoff range means the probability of prices moving out of the payoff range are high.  

  If the payoff range is high, the initial capital required to get into positions will be higher. This will  lead to a lowering of the leverage of positions. This may discourage users looking for higher  leverages. An optimum payoff range for a given time is one where price movements stay within  payoff boundaries. It is also important to offer attractive leverage for the buyer.     Market makers in Velocity must to lock in capital with the order book and wait for a buyer. This is  performed via a smart contract. Once they have sold a contract, the maker should hedge risk by  holding a position in the underlying asset outside Velocity. For this reason the market maker  gets a percentage share of the premium generated from the sale of the contract. The premium  of the contract would reflect market uncertainty as the cost of the hedge and cost of holding  capital.    Leverage: 

      In Velocity all contracts are 100% backed. The total funds required to payout a contract is held  in a smart contract. The design of the market comes with two parameters time to expiry and  payoff range. Here are some example parameters for a market.     Feed 

BTC vs. USD 

Time to expiry  7 days  Payoff range 

$100 

  In this case the buyer of the contract has to hold $50 in order to gain 1:1 exposure to the price  of BTC vs. USD. If the price of BTC grows more than $50 in the given 7 day period, the buyer  does not realize profits above $50. If the payoff range is within the range BTC could move in a  given 7 day period, the buyer gains 8X leverage on the trade.    Examples of market that can be created:    Price feed URL: json(‘​https://www.bitstamp.net/api/ticker/​’).last  Description: Last traded BTC vs. USD price on bitstamp.  Payoff range (R): 100 USD  Time to expiry(T): 7 days   

An example call option contract sold in the above defined market:    Current price of underlying from price feed  K = 418.88  (The K for the option contract is decided  when the contract is created.)    Lower payoff cutoff price  K​1 ​= 418.88 ­ (100/2) = 368.88 USD    Upper payoff cutoff price  K​2 ​= 418.88 + (100/2) = 468.88 USD 

Amounts held in the contract    Price paid by the buyer of the contract   P = 51.18 USD (market based pricing).    Collateral placed by seller   C = 50 USD    Effective premium E = 51.18 ­ 50 = 1.18 USD 

  Payoff diagrams    Call Buyer 

Call seller 

 

      Payout scenarios:    BTC vs USD on  Exercise 

Buyer receives 

Seller receives 

Maker  additionally  receives 

Velocity receives 

200 



100 

0.826 

0.354 

368.88 



100 

0.826 

0.354 

390 

28.88 

71.12 

0.826 

0.354 

418.88 

50 

50 

0.826 

0.354 

440 

71.12 

28.88 

0.826 

0.354 

468.88 

100 



0.826 

0.354 

600 

100  



0.826 

0.354 

  An example put option contract sold in the above defined market:    Current price of underlying from price feed  K = 418.88  (The K for the option contract is decided  when the contract is created.)    Lower payoff cutoff price  K​1 ​= 418.88 ­ (100/2) = 368.88 USD    Upper payoff cutoff price  K​2 ​= 418.88 + (100/2) = 468.88 USD 

Amounts held in the contract    Price paid by the buyer of the contract   P = 51.18 USD (market based pricing).    Collateral placed by seller   C = 50 USD    Effective premium E = 51.18 ­ 50 = 1.18 USD 

  Payoff diagrams    Put Buyer 

Put seller 

 

 

    Payout scenarios:    BTC vs USD on 

Put Buyer 

Put Seller 

Maker 

Velocity receives 

Exercise 

receives 

receives 

additionally  receives 

200 

100 



0.826 

0.354 

368.88 

100 



0.826 

0.354 

390 

71.12  

28.88 

0.826 

0.354 

418.88 

50 

50 

0.826 

0.354 

440 

28.88 

71.12 

0.826 

0.354 

468.88 



100 

0.826 

0.354 

600 



100 

0.826 

0.354 

  Advantages of capping payouts ­ Reduction of systemic risks​     Capping payouts allows the system to remain solvent and fully backed at all times. Any  significant movement in the underlying asset does not negatively impact the system. Systemic  risks are removed and the makes the system immune to “black swan events”.     Disadvantages of capping payouts ­ Increased competition     Traditional markets allow uncapped options. Velocity lacks competitive edge over systems  which let participants earn multiples of initial capital. In Velocity the maximum payout would be  100% of the capital deployed at a given time.  

  Additional Information About Derivatives and Options       Fractionally backed derivatives    In traditional markets, sellers of derivative contracts hold a margin which is marked to market  every day and overseen by brokers. In Velocity, fractional margin contracts would introduce  risks. Due to lack of tools to enforce these contracts, margin based contracts are implausible.    Risk and the transfer of risk     Risk is a consequence of action taken in spite of uncertainty. The consequence could be  favourable or unfavourable. Holding on to risk means possible exposure to consequences, be it 

favorable or unfavorable. However, transferring risk reduces exposure to consequences. It  means another party takes on risk for a fee.     Packaging risk ­ derivatives     Derivative contracts are a way to package risk. They can transferred to another party according  to the expected risk profile. Insurance contracts are the most common form of derivative  contracts. Financial outcomes need to be independent of external events. This is why  transferring risk to another entity is important.     Anatomy of a derivatives contract    Type of derivatives contract    There are several types of derivatives contracts; these include futures, swaps and options.  Velocity concentrates on two of these futures and options. For all derivatives contracts, one  common element is the underlying asset. The performance of the derivative contracts depends  on the performance of the underlying asset.    The underlying asset    The price feed or performance data feed of the underlying asset is the central aspect of the  contract.    Example price feed: BitStamp­BTCUSD ­ ​https://www.bitstamp.net/api/ticker/   The above URL tracks the most recent traded price of BTC in USD on bitstamp.     Options contract     The contract offers the buyer the right, but not the obligation, to buy (call) or sell (put) a security  or other financial asset. This is at an agreed­upon price (the strike price) during a certain period  of time or on a specific date (exercise date).    Decentralizing derivatives contracts     A derivative contract payout is a function of performance of the underlying asset and a function  of time. The settlement of these contracts are well­suited to be distributed and autonomously  enforced.  Decentralizing the role of the counterparty  Traditionally the function of a derivatives clearinghouse is to act as the central counterparty.  Each party sells or buys a derivative contract from the clearing house. Therefore, the  clearinghouse guarantees to settle according to the payout function. This is true even in the 

case of one of parties failure to oblige to the agreements of the contract. Velocity will function in  a similar fashion by design. Each derivative contract Velocity creates is fully backed by the  buyer and the seller.  Risk exposure  Velocity’s aim is to offer a market where risk transfers from one party to another. The Velocity  DAO itself remains risk neutral during operations. Derivatives contracts created by Velocity  follow a predefined payout function fully backed by buyers and sellers. The contract holds  enough funds to pay out the party in any given situation. This is how Velocity remains immune  to black swan events.  Velocity defines payout functions which it can payout in all situations by:  1. Keeping the time to expiry low so it lets traders settle and re­establish positions  frequently.  2. Keeping maximum payouts from contracts well defined. In the case of an unexpected  price rise, a contract payout function will only pay a maximum cut­off amount agreed  when the contract sold. This is called a collar option. 

Simple deep in the money options  The philosophy behind deep in the money options is to reduce exposure to volatility. The  options deep in the money tend to have delta near 1 and thus lend themselves to simpler hedge  strategies.   Choosing a price range and time to settlement  Derivatives markets offer many options with varying times to expiration and strikes. The first  type of options that can sold on Velocity are collar options.     

    Collared pay out functions are where the maximum payouts are capped to a pre­agreed value.  This way option holders lack exposure to risk of losses greater than the initial stake.    Black swan events  There are events that have a low probability of occurring. For example, if tossing a fair coin 100  times, the probability of it turning up heads each time is 50%. The probability of getting 100  heads is unlikely, but it can occur.   These low probability occurrences are called black swan events. By definition, these events are  rare. However, there is always a possibility they can happen. Derivative clearing houses mark to  market every day. They make sure contracts can remain solvent, enforced through brokers.  Even though synthesizing a call option is the goal, it might not always be practical in this case.   Velocity’s contracts might not be attractive to those seeking payouts that are not capped.  However, this system places solvency as paramount. Capping payouts is the method by which  Velocity intends to maintain solvency. Collared options allow the system to remain prudent. At  the same time, this prudency creates a safer market for both hedgers and speculators.  Deep in the money options  An example of a deep in the money option::  Underlying asset: BTC 

Current market price (CMP): 410 USD  Today: 1st of April 2016  Expiry: 15th April 2016 ( 15 days to expiry).  Strike price: 310 USD.  Market price on expiry: X USD  Payout function:  0 ­> if X  if X > 310  510  Introduction of new underlying assets  Velocity’s objective is to allow derivative markets on any underlying asset’s performance. The  only thing required is a price feed for the asset. The payout agreement and a corresponding  hedge ensures risk is transferred from Velocity. However, it is important to understand the  implications. The collar option approach means Velocity is blind to historic performance of an  asset.  

Conclusion  Markets need four mechanisms: (1) an issuer, (2) a clearinghouse, (3) an auctioneer, and (4) a  market maker. Velocity automates the first two of these components. For transparency, it aims  to execute all four mechanisms on­blockchain. The goal: Enable a transparent marketplaces for  any digital asset with a price while maintaining system stability. 

                     

References    [1] Szabo, Nick “The Idea of Smart Contracts”  http://szabo.best.vwh.net/smart_contracts_idea.html​,​ 1997    [2] NASDAQ “Options Defined”  http://www.nasdaq.com/investing/options­guide/definition­of­options.aspx​, 2016    [3] Thomas, Stefan; Schwartz, Evan “Smart Oracles: A Simple, Powerful Approach to Smart  Contracts”  https://github.com/codius/codius/wiki/Smart­Oracles:­A­Simple,­Powerful­Approach­to­Smart­Co ntracts​, 2014    [4] Buterin, Vitalik “A Next­Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform”  https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White­Paper​, 2013    [5] Taleb, Nassim Nicholas ​The Black Swan: The Impact of the Highly Improbable, 2007         

Suggest Documents